化学：第3章第2节　分子晶体与原子晶体 优化课件（人教版选修3） 32页

第二节　分子晶体与原子晶体 学习目标 1. 掌握分子晶体、原子晶体的概念及结构特点。 2. 掌握晶体类型与性质之间的关系。 3. 了解氢键对物质物理性质的影响。 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 第二节　分子晶体与原子晶体 课前自主学案 一、分子晶体 1 ．结构特点 (1) 构成微粒及微粒间的作用力 分子 分子间作用力 (2) 微粒堆积方式 ① 若分子间只有范德华力，则分子晶体有 _______________ 特征，即每个分子周围有 ______ 个紧邻分子。 ② 若分子间含有其他作用力，如氢键。由于氢键具有 ___________ ，使分子不能采取密堆积的方式，则每个分子周围紧邻的分子要少于 12 个。如冰中每个水分子周围只有 4 个紧邻的水分子。 分子密堆积 12 方向性 2 ．属于分子晶体的物质 (1) 所有 ____________________ ，如 H 2 O 、 NH 3 、 CH 4 等。 (2) 部分非金属单质，如卤素 (X 2 ) 、 O 2 、 N 2 、白磷 (P 4 ) 、硫 (S 8 ) 、稀有气体等。 (3) 部分 _________________ ，如 CO 2 、 P 4 O 6 、 P 4 O 10 、 SO 2 等。 (4) 几乎所有的 _______ ，如 HNO 3 、 H 2 SO 4 、 H 3 PO 4 、 H 2 SiO 3 等。 (5) 绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇。 非金属氢化物 非金属氧化物 酸 二、原子晶体 1 ．结构特点 (1) 构成微粒及微粒间的作用力 原子 共价键 (2) 微粒堆积方式： 整块晶体是一个三维的 _____________ 结构，不存在单个小分子，是一个 “ 巨分子 ” ，又称 _______________ 。 2 ．属于原子晶体的物质 (1) 某些 ______________ ，如晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等。 (2) 某些 ___________________ ，如碳化硅 ( SiC ) 、二氧化硅 (SiO 2 ) 、氮化硅 (Si 3 N 4 ) 、氮化硼 (BN) 等。 共价键网状 共价晶体 非金属单质 非金属化合物 思考感悟 (1) 含有共价键的晶体都是原子晶体吗？ (2)SiO 2 是二氧化硅的分子式吗？ 【 提示 】 　 (1) 原子晶体中都有共价键，但含有共价键的不一定是原子晶体。如 CO 2 、 H 2 O 等分子晶体中也含有共价键。 (2) 二氧化硅为原子晶体，晶体中不存在单个分子，其化学式为 Si 与 O 的最简个数比，而不是分子式。 课堂互动讲练 分子晶体与原子晶体的比较 晶体类型 分子晶体 原子晶体 定义 分子间通过分子间作用力结合形成的晶体 相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体 组成微粒 分子 原子 晶体类型 分子晶体 原子晶体 物质类别 多数的非金属单质和共价化合物 金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等少数非金属单质及共价化合物 微粒间 的作用力 分子间作用力 ( 氢键、范德华力 ) 共价键 ( 极性键、非极性键 ) 熔化时需克 服的作用力 较弱的分子间作用力 很强的共价键 晶体类型 分子晶体 原子晶体 物理性质 熔、沸点 较低 很高 硬度 较小 很大 导电性 固态和熔化时都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电，如 HCl 固态和熔化时都不导电 (Si 、 Ge 为半导体 ) 溶解性 相似相溶 难溶于一般溶剂 决定熔、 沸点高 低的因素 分子间作用力的强弱 共价键的强弱 晶体类型 分子晶体 原子晶体 典型例子 (1) 干冰 ① 每个晶胞中有 4 个 CO 2 分子， 12 个原子。 ② 每个 CO 2 分子周围等距离紧邻的 CO 2 分子有 12 个。 (1) 金刚石 ① 在晶体中每个碳原子以 4 个共价键对称地与相邻的 4 个碳原子相结合，形成正四面体结构。 ② 晶体中 C—C—C 夹角为 109°28 ′ ，碳原子采取了 sp 3 杂化。 ③ 最小环上有 6 个碳原子。 ④ 晶体中 C 原子个数与 C—C 键数之比为 1 ∶ (4 × ) ＝ 1 ∶ 2 。 晶体类型 分子晶体 原子晶体 典型例子 (2) 冰 ① 水分子之间的作用力有范德华力，但主要作用力是氢键。 ② 由于氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶点的 4 个相邻的水分子相互吸引。 (2) 二氧化硅 ① 在晶体中每个硅原子和 4 个氧原子形成 4 个共价键；每个氧原子与 2 个硅原子相结合。故 SiO 2 晶体中硅原子与氧原子按 1 ∶ 2 的比例组成。 ② 最小环上有 12 个原子。 特别提醒： 分子晶体熔化时一定会破坏范德华力，有一些晶体还破坏氢键，如冰的熔化。还有少数晶体会破坏共价键，如 S 8 晶体熔化时，除破坏范德华力外， S 8 分子也会分解，破坏共价键。 例 1 下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是 ( 　　 ) ①SiO 2 和 SO 3 　 ② 晶体硼和 HCl 　 ③ CO 2 和 SO 2 ④ 晶体硅和金刚石　 ⑤ 晶体氖和晶体氮　 ⑥ 硫磺和碘 A ． ①②③ 　　　　　　　　 B ． ④⑤⑥ C ． ③④⑥ D ． ①③⑤ 【 解析 】 　本题考查了化学键的类型与晶体类型的判断。解题时应注意化学键类型的判断。属于分子晶体的有 SO 3 、 HCl 、 CO 2 、 SO 2 、晶体氖、晶体氮、硫磺和碘。属于原子晶体的有 SiO 2 、晶体硼、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子组成，稀有气体为单原子分子，分子间不存在化学键。 【 答案 】 　 C 【 规律方法 】 　判断非金属元素组成的晶体是分子晶体还是原子晶体的方法有： (1) 依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断：原子晶体的构成粒子是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的构成粒子是分子，质点间的作用是范德华力。 (2) 记忆常见的、典型的原子晶体。常见的原子晶体有：某些非金属单质如硼、硅、锗等；某些非金属化合物如碳化硅、氮化硼、二氧化硅等。 (3) 依据晶体的熔、沸点判断：原子晶体熔、沸点高，常在 1000 ℃ 以上；分子晶体熔、沸点低，常在几百度以下至很低的温度。 (4) 依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。 (5) 依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。 变式训练 1 　 (2011 年黄冈高二检测 ) 下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．原子晶体中只存在非极性共价键 B ．因为 HCl 的相对分子质量大于 HF ，所以 HCl 的熔点高于 HF C ．干冰升华时，分子内共价键不会发生断裂 D ．金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物 解析： 选 C 。原子晶体中可能存在非极性共价键，也可能存在极性共价键，如 SiO 2 、 SiC 等， A 不正确； HF 晶体中存在氢键，熔点高于 HCl 晶体， B 不正确；干冰升华是物理变化，分子间作用力被破坏，但分子内共价键不断裂， C 正确；金属元素和非金属元素形成的化合物不一定是离子化合物，也可能是共价化合物，如 AlCl 3 等， D 不正确。 分子晶体和原子晶体熔、沸点比较 1 ．不同类型的晶体：原子晶体 > 分子晶体。 2 ．同一类型的晶体 (1) 分子晶体 ① 分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高。如 H 2 O>H 2 Te>H 2 Se>H 2 S 。 ② 组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。如 SnH 4 >GeH 4 >SiH 4 >CH 4 。 ③ 组成和结构不相似的物质 ( 相对分子质量接近 ) ，分子的极性越大，其熔、沸点越高。如 CO>N 2 ， CH 3 OH>CH 3 CH 3 。 ④ 同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。 (2) 原子晶体 晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。如熔点：金刚石 > 碳化硅 > 晶体硅。 例 2 (2011 年黄石高二检测 ) 据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似 C 60 的物质 N 60 。已知： ① N 60 分子中每个氮原子均以 N—N 键结合三个 N 原子而形成 8 电子稳定结构； ② N—N 键的键能为 167 kJ·mol － 1 。请回答下列问题。 (1)N 60 分子组成的晶体为 ________ 晶体，其熔、沸点比 N 2 ________( 填 “ 高 ” 或 “ 低 ” ) ，原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 。 (2)1 mol N 60 分解成 N 2 时吸收或放出的热量是 ________________________________________________________________________ kJ( 已知 N≡N 键的键能为 942 kJ·mol － 1 ) ，表明稳定性 N 60 ________( 填 “ >” 、 “ <” 或 “ ＝ ” )N 2 。 (3) 由 (2) 列举 N 60 的用途 ( 举一种 ) ________________________________________________________________________ 。 【 思路点拨 】 (3) 由于反应放出大量的热同时生成大量气体，因此 N 60 可用作高能炸药。 【 答案 】 　 (1) 分子　高　 N 60 、 N 2 均形成分子晶体，且 N 60 的相对分子质量大，分子间作用力大，故熔、沸点高 (2)13230 　 < (3)N 60 可作高能炸药 【 误区警示 】 　比较分子晶体熔、沸点高低时，要充分考虑影响分子晶体熔、沸点的各种因素，如相对分子质量对组成和结构都相似的分子晶体熔、沸点的影响，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高；在同分异构体中，支链越多，熔、沸点越低。不要漏了氢键的影响，氢键的存在使得相应的氢化物的熔、沸点比同族元素氢化物的熔、沸点高得多。 变式训练 2 　 下列分子晶体，关于熔、沸点高低叙述中，正确的是 ( 　　 ) A ． Cl 2 ＞ I 2 B ． SiCl 4 ＞ CCl 4 C ． NH 3 ＜ PH 3 D ． C(CH 3 ) 4 ＞ CH 3 (CH 2 ) 3 CH 3 解析： 选 B 。比较物质熔、沸点，先搞清该物质属于哪一类晶体，再分析决定晶体熔、沸点的因素。 A 、 B 选项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大的熔、沸点高； C 选项属于有氢键存在但分子结构相似的情况，存在氢键的熔、沸点高； D 选项属于相对分子质量相同，但分子结构不同的情况，支链越多的熔、沸点越低。